一種電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手的喂食病人方法
【專利摘要】本發(fā)明一種電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手的喂食病人方法涉及一種柔性機(jī)械手，特別是涉及一種用于抓取紙杯、喂食病人的機(jī)械手。其目的是為了提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作簡(jiǎn)便、適應(yīng)能力強(qiáng)、能夠根據(jù)被抓物的大小進(jìn)行微調(diào)、適應(yīng)并補(bǔ)償患者姿態(tài)的微小變化的電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手。本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手包括電磁柔性關(guān)節(jié)(1)，所述柔性筒(34)底部與下板(2)固定，柔性筒(34)內(nèi)腔自下到上依次設(shè)有電磁鐵(31)、永磁鐵(32)和頂桿(35)，所述電磁鐵(31)固定在柔性筒(34)底部，所述永磁鐵(32)以柔性筒(34)內(nèi)腔為導(dǎo)軌，永磁鐵(32)頂部與頂桿(35)底部固定，頂桿(35)頂部與上板(4)連接。
【專利說(shuō)明】一種電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手的喂食病人方法
[0001 ]本發(fā)明專利申請(qǐng)是分案申請(qǐng)。原案的專利號(hào)是201510092211.7，申請(qǐng)日是2015年3月2日，發(fā)明名稱是電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手及其喂食病人和控制方法。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種柔性機(jī)械手，特別是涉及一種用于抓取紙杯、喂食病人的機(jī)械手及其抓取、喂食、控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在自動(dòng)化機(jī)械代替逐步代替人的過(guò)程中，自動(dòng)化機(jī)械以其環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、不知疲倦、使用成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為了未來(lái)科技的標(biāo)志。然而，復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)容易產(chǎn)生諸多故障，笨重的大型機(jī)械無(wú)法完成像人類一般細(xì)膩的操作。
[0004]自動(dòng)化機(jī)械代替人的過(guò)程中，一直以來(lái)都在創(chuàng)造類似真人一樣的柔性臂關(guān)節(jié)，來(lái)完成諸如抓雞蛋、抓紙杯甚至抓取一次性發(fā)泡塑料餐盒并喂傳染病人等細(xì)膩工作。傳統(tǒng)柔性臂大多采用三組齒輪齒條驅(qū)動(dòng)兩個(gè)板子之間的平行或使其具有夾角，再將其進(jìn)行串列組合，從而完成一個(gè)柔性臂的構(gòu)建。
[0005]然而，齒輪齒條方式驅(qū)動(dòng)過(guò)于死板。真人在抓東西時(shí)不光是抓緊力能滿足抓起東西的要求，真人的的皮下脂肪也會(huì)針對(duì)被抓物進(jìn)行握狀的微調(diào)。所以在抓起紙杯過(guò)程中只能根據(jù)紙杯的固定形狀設(shè)計(jì)出固定的握姿來(lái)抓起紙杯，固定握姿前后精度要求極高。齒輪齒條方式的柔性臂對(duì)于紙杯握姿無(wú)法進(jìn)行微調(diào)。喂食病人時(shí)，病人吃飯的姿態(tài)并不固定，時(shí)常會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，如若喂食的機(jī)械手無(wú)法適應(yīng)患者口中姿態(tài)的微小變化，很可能傷及患者，甚至危害患者生病。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作簡(jiǎn)便、適應(yīng)能力強(qiáng)、能夠根據(jù)被抓物的大小進(jìn)行微調(diào)、適應(yīng)患者姿態(tài)的微小變化的電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手及其抓取、喂食、控制方法。
[0007 ]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手的喂食病人方法，包括機(jī)械手掌、機(jī)械手指、機(jī)械手臂和電磁柔性關(guān)節(jié)，所述手臂的一端與機(jī)架固定，手臂的另一端通過(guò)電磁柔性關(guān)節(jié)與手掌連接，手掌通過(guò)電磁柔性關(guān)節(jié)與手指連接，手指的每個(gè)關(guān)節(jié)都為電磁柔性關(guān)節(jié)；
[0008]所述電磁柔性關(guān)節(jié)包括下板、伸縮柱和上板，下板通過(guò)三根伸縮柱與上板連接，三根伸縮柱的軸線均與上板、下板周向的0°、120°、240°位置固定；
[0009]所述伸縮柱包括電磁鐵、永磁鐵、限位環(huán)、柔性筒和頂桿，所述柔性筒底部與下板固定，柔性筒內(nèi)腔自下到上依次設(shè)有電磁鐵、永磁鐵和頂桿，所述電磁鐵固定在柔性筒底部，所述永磁鐵以柔性筒內(nèi)腔為導(dǎo)軌，永磁鐵頂部與頂桿底部固定，頂桿頂部與上板連接；
[0010]頂桿為丁晴橡膠制成；
[0011]限位環(huán)自柔性筒內(nèi)腔的中部向頂部沿柔性筒軸線陣列多個(gè)，限位環(huán)厚度與限位環(huán)之間的間隔相等；
[0012]所述柔性筒內(nèi)腔呈圓臺(tái)狀，柔性筒內(nèi)腔的上內(nèi)徑小于下內(nèi)徑，永磁鐵為圓柱狀，永磁鐵的外徑小于柔性筒內(nèi)腔的下內(nèi)徑，永磁鐵的外徑大于柔性筒內(nèi)腔中部的內(nèi)徑；
[0013]所述頂桿頂部與上板通過(guò)彈簧連接；
[0014]所述頂桿為柔性桿，柔性筒內(nèi)腔中部設(shè)有限位環(huán)，所述限位環(huán)內(nèi)徑與頂桿外徑相同，限位環(huán)用于限位永磁鐵并且對(duì)頂桿起導(dǎo)向作用；
[0015]所述柔性筒內(nèi)竹節(jié)狀嵌入多個(gè)磁屏蔽環(huán)，所述磁屏蔽環(huán)由80 %的鎳合金Mumetal材料制成，磁屏蔽環(huán)的厚度為0.0508毫米，磁屏蔽環(huán)的軸線與柔性筒的軸線重合，每個(gè)磁屏蔽環(huán)之間有間隔，磁屏蔽環(huán)之間的間隔小于磁屏蔽環(huán)高度的I/5，磁屏蔽環(huán)37的上端口和下端口均設(shè)有若干匝導(dǎo)線線圈，
[0016]還包括接觸器充電供電控制裝置、發(fā)電機(jī)和穩(wěn)流裝置，所述接觸器充電供電控制裝置包括第一觸點(diǎn)、第二觸點(diǎn)、第三觸點(diǎn)、第四觸點(diǎn)、第五觸點(diǎn)、第六觸點(diǎn)、第七觸點(diǎn)、第八觸點(diǎn)、第九觸點(diǎn)、第十觸點(diǎn)和第一蓄電池、第二蓄電池共同組成的蓄電池，所述穩(wěn)流裝置用于接收蓄電池忽高忽低的電壓，并將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定電壓，從而對(duì)電磁柔性關(guān)節(jié)的控制器供應(yīng)穩(wěn)定電壓，電磁柔性關(guān)節(jié)的控制器根據(jù)控制信號(hào)對(duì)每個(gè)伸縮柱上的電磁鐵供電，磁屏蔽環(huán)其上、下端的導(dǎo)線線圈均與發(fā)電機(jī)并聯(lián)；
[0017]所述第一觸點(diǎn)與第一蓄電池的正極連接，第二觸點(diǎn)與第一蓄電池的負(fù)極連接，第三觸點(diǎn)與發(fā)電機(jī)的正極連接，第四觸點(diǎn)與發(fā)電機(jī)的負(fù)極連接，第五觸點(diǎn)與第二蓄電池的正極連接，第六觸點(diǎn)與第二蓄電池的負(fù)極連接，第七觸點(diǎn)與穩(wěn)流裝置的正極連接，第八觸點(diǎn)與穩(wěn)流裝置的負(fù)極連接，第九觸點(diǎn)與第一觸點(diǎn)串聯(lián)，第十觸點(diǎn)與第二觸點(diǎn)串聯(lián)；
[0018]所述柔性筒由蝦殼狀排列的套筒構(gòu)成，所述套筒包括底套和面限套；
[0019]所述柔性筒底部為底套，所述底套為圓臺(tái)狀，底套外徑較大的圓周面用于固定下板，底套內(nèi)固定電磁鐵，底套上疊加套裝多個(gè)面限套，底套的側(cè)面與其上側(cè)的面限套通過(guò)拉繩連接；
[0020]所述面限套為圓臺(tái)狀套筒，所述面限套上側(cè)外徑小于下側(cè)外徑，面限套設(shè)有軸向通孔，所述面限套底部開設(shè)有第三圓臺(tái)孔，所述第三圓臺(tái)孔與面限套的軸向通孔相貫通，第三圓臺(tái)孔上側(cè)的內(nèi)徑與面限套的軸向通孔的內(nèi)徑相同，面限套軸向截面中第一圓臺(tái)孔的側(cè)面線條與第一圓臺(tái)套的側(cè)面線條之間有夾角，所述夾角為Za;
[0021]所述面限套上沿軸線方向依次套裝有多個(gè)面限套，下側(cè)的面限套的圓臺(tái)側(cè)面與上側(cè)的面限套的第三圓臺(tái)孔的下沿通過(guò)拉繩連接，所述拉繩沿面限套的軸線周向均勻分布多個(gè)；
[0022]當(dāng)兩個(gè)面限套相互向相反方向拉伸時(shí)，上側(cè)的面限套與下側(cè)的面限套通過(guò)拉繩連接；
[0023]當(dāng)兩個(gè)面限套相互向相反方向拉繩并受徑向力時(shí)，上側(cè)的面限套底部第一圓臺(tái)孔下沿上的一點(diǎn)與下側(cè)的面限套或底套上部側(cè)面上的一點(diǎn)相互支撐，所述相互支撐的一點(diǎn)的周向另一側(cè)通過(guò)拉繩限位；
[0024]面限套(391)內(nèi)同軸嵌入磁屏蔽環(huán)(37)，磁屏蔽環(huán)(37)由80%的鎳合金Mumetal材料制成，磁屏蔽環(huán)(37)的厚度為0.0508毫米，磁屏蔽環(huán)(37)的軸線與柔性筒(34)的軸線重合，每個(gè)磁屏蔽環(huán)(37)之間有間隔，磁屏蔽環(huán)(37)之間的間隔小于磁屏蔽環(huán)(37)高度的I/ 5；
[0025]其包括如下步驟:
[0026]A、記錄人體手部每個(gè)關(guān)節(jié)的最大彎曲幅度、力度和抓取姿態(tài)，
[0027]B、將多個(gè)電磁柔性關(guān)節(jié)串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成仿真關(guān)節(jié)，下側(cè)電磁柔性關(guān)節(jié)的上板與上側(cè)電磁柔性關(guān)節(jié)的下板固定連接，并且參考人手相同位置處關(guān)節(jié)的最大幅度，調(diào)整電磁柔性關(guān)節(jié)的個(gè)數(shù)，
[0028]C、將機(jī)械手掌、機(jī)械手指、機(jī)械手臂用仿真關(guān)節(jié)連接，
[0029]D、記錄人手喂食病人時(shí)，所有關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，并利用PLC控制電磁柔性關(guān)節(jié)構(gòu)成的仿真關(guān)節(jié)，按照人手的關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)時(shí)間喂食病人。
[0030]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手，其中所述頂桿頂部與上板通過(guò)彈簧連接。
[0031 ]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手，其中所述頂桿為柔性桿，柔性筒內(nèi)腔中部設(shè)有限位環(huán)。所述限位環(huán)內(nèi)徑與頂桿外徑相同，限位環(huán)用于限位永磁鐵并且對(duì)頂桿起導(dǎo)向作用。
[0032]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手，其中所述柔性筒內(nèi)竹節(jié)狀嵌入多個(gè)磁屏蔽環(huán)，所述磁屏蔽環(huán)由80%的鎳合金Mumetal材料制成，磁屏蔽環(huán)的厚度為0.0508毫米，磁屏蔽環(huán)的軸線與柔性筒的軸線重合，每個(gè)磁屏蔽環(huán)之間有間隔，磁屏蔽環(huán)之間的間隔小于磁屏蔽環(huán)高度的1/5，在磁屏蔽環(huán)37的上端口和下端口均設(shè)有若干匝導(dǎo)線線圈，還包括接觸器充電供電控制裝置、發(fā)電機(jī)和穩(wěn)流裝置，所述接觸器充電供電控制裝置包括第一觸點(diǎn)、第二觸點(diǎn)、第三觸點(diǎn)、第四觸點(diǎn)、第五觸點(diǎn)、第六觸點(diǎn)、第七觸點(diǎn)、第八觸點(diǎn)、第九觸點(diǎn)、第十觸點(diǎn)和第一蓄電池、第二蓄電池共同組成的蓄電池，所述穩(wěn)流裝置用于接收蓄電池忽高忽低的電壓，并將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定電壓，從而對(duì)電磁柔性關(guān)節(jié)的控制器供應(yīng)穩(wěn)定電壓，電磁柔性關(guān)節(jié)的控制器根據(jù)控制信號(hào)對(duì)每個(gè)伸縮柱上的電磁鐵供電，磁屏蔽環(huán)其上、下端的導(dǎo)線線圈均與發(fā)電機(jī)并聯(lián);所述第一觸點(diǎn)與第一蓄電池的正極連接，第二觸點(diǎn)與第一蓄電池的負(fù)極連接，第三觸點(diǎn)與發(fā)電機(jī)的正極連接，第四觸點(diǎn)與發(fā)電機(jī)的負(fù)極連接，第五觸點(diǎn)與第二蓄電池的正極連接，第六觸點(diǎn)與第二蓄電池的負(fù)極連接，第七觸點(diǎn)與穩(wěn)流裝置的正極連接，第八觸點(diǎn)與穩(wěn)流裝置的負(fù)極連接，第九觸點(diǎn)與第一觸點(diǎn)串聯(lián)，第十觸點(diǎn)與第二觸點(diǎn)串聯(lián)。
[0033]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手，其中所述柔性筒由蝦殼狀排列的套筒構(gòu)成。所述套筒包括底套和點(diǎn)限套。所述柔性筒底部為底套。所述底套為圓臺(tái)狀，底套外徑較大的圓周面用于固定下板，底套內(nèi)固定電磁鐵，底套上疊加套裝多個(gè)點(diǎn)限套，底套的側(cè)面與其上側(cè)的點(diǎn)限套通過(guò)拉繩連接。所述點(diǎn)限套由自上到下包括第一圓臺(tái)套和第二圓臺(tái)套。所述第一圓臺(tái)套上側(cè)外徑小于下側(cè)外徑，第二圓臺(tái)套上側(cè)外徑大于下側(cè)外徑，第一圓臺(tái)套下側(cè)的外徑與第二圓臺(tái)套上側(cè)的外徑相同，第一圓臺(tái)套底部與第二圓臺(tái)套頂部固定，點(diǎn)限套設(shè)有軸向通孔。所述點(diǎn)限套底部開設(shè)有第一圓臺(tái)孔。所述第一圓臺(tái)孔與點(diǎn)限套的軸向通孔相貫通，第一圓臺(tái)孔上側(cè)的內(nèi)徑與點(diǎn)限套的軸向通孔的內(nèi)徑相同，點(diǎn)限套軸向截面中第一圓臺(tái)孔的側(cè)面線條與第一圓臺(tái)套的側(cè)面線條平行。所述點(diǎn)限套上沿軸線方向依次套裝有多個(gè)點(diǎn)限套，下側(cè)點(diǎn)限套的第一圓臺(tái)套的側(cè)面與上側(cè)點(diǎn)限套的第二圓臺(tái)套的下沿之間通過(guò)拉繩連接。所述拉繩沿點(diǎn)限套的軸線周向均勻分布多個(gè)。當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)限套相互向相反方向拉伸時(shí)，上側(cè)的點(diǎn)限套與下側(cè)的點(diǎn)限套通過(guò)拉繩連接。當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)限套相互向相反方向拉繩并受徑向力時(shí)，上側(cè)的點(diǎn)限套底部第一圓臺(tái)孔下沿上的一點(diǎn)與下側(cè)的點(diǎn)限套或底套上部側(cè)面上的一點(diǎn)相互支撐。所述相互支撐的一點(diǎn)的周向另一側(cè)通過(guò)拉繩限位。
[0034]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手，其中所述柔性筒由蝦殼狀排列的套筒構(gòu)成。所述套筒包括底套和面限套。所述柔性筒底部為底套。所述底套為圓臺(tái)狀，底套外徑較大的圓周面用于固定下板，底套內(nèi)固定電磁鐵，底套上疊加套裝多個(gè)面限套，底套的側(cè)面與其上側(cè)的面限套通過(guò)拉繩連接。所述面限套為圓臺(tái)狀套筒。所述面限套上側(cè)外徑小于下側(cè)外徑，面限套設(shè)有軸向通孔。所述面限套底部開設(shè)有第三圓臺(tái)孔。所述第三圓臺(tái)孔與面限套的軸向通孔相貫通，第三圓臺(tái)孔上側(cè)的內(nèi)徑與面限套的軸向通孔的內(nèi)徑相同，面限套軸向截面中第一圓臺(tái)孔的側(cè)面線條與第一圓臺(tái)套的側(cè)面線條之間有夾角。所述夾角為Za。所述面限套上沿軸線方向依次套裝有多個(gè)面限套，下側(cè)的面限套的圓臺(tái)側(cè)面與上側(cè)的面限套的第三圓臺(tái)孔的下沿通過(guò)拉繩連接。所述拉繩沿面限套的軸線周向均勻分布多個(gè)。
[0035]當(dāng)兩個(gè)面限套相互向相反方向拉伸時(shí)，上側(cè)的面限套與下側(cè)的面限套通過(guò)拉繩連接。當(dāng)兩個(gè)面限套相互向相反方向拉繩并受徑向力時(shí)，上側(cè)的面限套底部第一圓臺(tái)孔下沿上的一點(diǎn)與下側(cè)的面限套或底套上部側(cè)面上的一點(diǎn)相互支撐。所述相互支撐的一點(diǎn)的周向另一側(cè)通過(guò)拉繩限位。
[0036]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手的抓取方法，包括如下步驟:
[0037]A、記錄人體手部每個(gè)關(guān)節(jié)的彎曲幅度、力度和抓取姿態(tài)。
[0038]B、將多個(gè)電磁柔性關(guān)節(jié)串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成仿真關(guān)節(jié)，下側(cè)電磁柔性關(guān)節(jié)的上板與上側(cè)電磁柔性關(guān)節(jié)的下板固定連接，并且參考人手相同位置處關(guān)節(jié)的幅度，調(diào)整電磁柔性關(guān)節(jié)的個(gè)數(shù)。
[0039]C、將機(jī)械手掌、機(jī)械手指、機(jī)械手臂用仿真關(guān)節(jié)連接。
[0040]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手通過(guò)電磁柔性關(guān)節(jié)代替齒輪齒條驅(qū)動(dòng)的機(jī)械關(guān)節(jié)對(duì)物體(諸如紙杯)進(jìn)行抓取或?qū)魅静∪诉M(jìn)行喂食，能夠發(fā)揮電磁柔性關(guān)節(jié)與到細(xì)小誤差時(shí)的可調(diào)性。在機(jī)械手抓取紙杯時(shí)，電磁柔性關(guān)節(jié)會(huì)模仿人手上的脂肪從而均攤掉紙杯向外的外擴(kuò)力，成功抓取紙杯并且不破壞紙杯。在機(jī)械手喂食傳染病人時(shí)，減少了醫(yī)護(hù)人員被傳染的可能性，并且在病人含住勺子閉嘴往下吞咽的時(shí)候，電磁柔性關(guān)節(jié)也會(huì)針對(duì)患者吞咽時(shí)的低頭動(dòng)作隨病人向下運(yùn)動(dòng)，大大減少誤傷病人的可能性。電磁柔性關(guān)節(jié)的三根伸縮柱按照下板周向的0°、120°、240°周向均勻分布，則可在伸縮柱伸縮時(shí)，改變上板與下板的夾角，從而使電磁柔性關(guān)節(jié)任意角度彎曲。其中伸縮柱利用電磁鐵和永磁鐵控制伸縮，則可利用磁鐵在同極的排斥力驅(qū)動(dòng)頂桿上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮桿的伸縮。并且圓臺(tái)狀內(nèi)腔的柔性筒作為導(dǎo)軌可在永磁鐵上升時(shí)，限制其最大位移。
[0041]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手中若頂桿為硬質(zhì)桿則可利用彈簧消除頂桿頂部與上板之間的彎曲力。
[0042]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手中柔性頂桿則可自行消除頂桿頂部與上板之間的彎曲力。但是柔性桿在柔性筒內(nèi)容易相互摩擦，或者產(chǎn)生偏移，則設(shè)置限位環(huán)對(duì)永磁鐵進(jìn)行限位，順便對(duì)柔性頂桿起導(dǎo)向作用。
[0043]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手中若需要伸縮桿有足夠的伸長(zhǎng)力，則勢(shì)必要加強(qiáng)電磁鐵的磁性。但是三個(gè)伸縮桿畢竟距離過(guò)近，相互干擾容易引起驅(qū)動(dòng)混亂，則在柔性筒的筒壁上同軸間隔嵌入磁屏蔽環(huán)即可減少三個(gè)伸縮桿的相互干擾，并且Mumetal材料可以制作的只有
0.0508毫米厚的磁屏蔽薄片環(huán)，則其輕薄的性能不影響伸縮桿的彎曲程度，并為電磁柔性關(guān)節(jié)減重。磁屏蔽環(huán)之間的間隔大于磁屏蔽環(huán)高度1/5，則達(dá)不到良好的磁屏蔽效果。使用時(shí)，第一蓄電池、第二蓄電池的其中一個(gè)因磁屏蔽環(huán)之間的未被屏蔽的磁感線切割導(dǎo)線線圈，從而對(duì)其供電，另一個(gè)對(duì)伸縮柱的電磁鐵放電，交替供電、放電即可一邊工作一邊充電，保護(hù)蓄電池壽命。
[0044]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手中點(diǎn)限套相互接觸為一個(gè)點(diǎn)與面的接觸，其優(yōu)勢(shì)為轉(zhuǎn)向靈活。
[0045]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手中面限套相互接觸為一條細(xì)長(zhǎng)的弧面。其優(yōu)勢(shì)為保持姿態(tài)較為穩(wěn)定。
[0046]本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手的抓取方法中模擬人類手的彎曲程度調(diào)節(jié)不同個(gè)數(shù)的電磁柔性關(guān)節(jié)串連，可最大限度仿照人手制造機(jī)械手，使其用途更為廣泛。
[0047]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手及其喂食和控制方法作進(jìn)一步說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0048]圖1是電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手中電磁柔性關(guān)節(jié)的軸測(cè)圖；
[0049]圖2是圖1所示電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手中柔性關(guān)節(jié)的主視剖視圖；
[0050]圖3是實(shí)施例1中伸縮柱的主視剖視圖；
[0051]圖4是實(shí)施例1中底套和點(diǎn)限套未被拉伸的主視圖；
[0052]圖5是實(shí)施例1中底套和點(diǎn)限套被拉伸時(shí)的主視圖；
[0053]圖6是實(shí)施例1中底套和點(diǎn)限套受徑向力的主視圖；
[0054]圖7是實(shí)施例2中伸縮柱的主視剖視圖；
[0055]圖8是實(shí)施例2中底套和面限套未被拉伸的主視圖；
[0056]圖9是實(shí)施例2中底套和面限套被拉伸時(shí)的主視圖；
[0057]圖10是實(shí)施例2中底套和面限套受徑向力的主視圖；
[0058]圖11是實(shí)施例1中接觸器充電供電裝置的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]實(shí)施例1
[0060]如圖1?6、11所示，本發(fā)明電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手包括機(jī)械手掌、機(jī)械手指、機(jī)械手臂、電磁柔性關(guān)節(jié)I和電路控制部分。手臂的一端與機(jī)架固定。參見圖1，手臂的另一端通過(guò)電磁柔性關(guān)節(jié)I與手掌連接，手掌通過(guò)電磁柔性關(guān)節(jié)I與手指連接，手指的每個(gè)關(guān)節(jié)都為電磁柔性關(guān)節(jié)I O
[0061]參見圖1和圖2，電磁柔性關(guān)節(jié)I包括下板2、伸縮柱3和上板4，下板2通過(guò)三根伸縮柱3與上板4連接，三根伸縮柱3的軸線均與上板4、下板2周向的0°、120°、240°位置固定。
[0062]參見圖2和圖3，伸縮柱3包括電磁鐵31、永磁鐵32、限位環(huán)33、柔性筒34和頂桿35。柔性筒34底部與下板2固定，柔性筒34內(nèi)腔自下到上依次設(shè)有電磁鐵31、永磁鐵32和頂桿35。電磁鐵31固定在柔性筒34底部。永磁鐵32以柔性筒34內(nèi)腔為導(dǎo)軌，永磁鐵32頂部與頂桿35底部固定。頂桿35頂部與上板4通過(guò)彈簧36連接。頂桿35為丁晴橡膠制成。限位環(huán)33內(nèi)徑與頂桿35外徑相同，限位環(huán)33用于限位永磁鐵32并且對(duì)頂桿35起導(dǎo)向作用。限位環(huán)33自柔性筒34內(nèi)腔的中部向頂部沿柔性筒34軸線陣列多個(gè)，限位環(huán)33厚度與限位環(huán)33之間的間隔相等。
[0063]參見圖2和圖3，柔性筒34內(nèi)腔呈圓臺(tái)狀，柔性筒34內(nèi)腔的上內(nèi)徑小于下內(nèi)徑，永磁鐵32為圓柱狀，永磁鐵32的外徑小于柔性筒34內(nèi)腔的下內(nèi)徑，永磁鐵32的外徑大于柔性筒34內(nèi)腔中部的內(nèi)徑。柔性筒34為丁晴橡膠制成。
[0064]參見圖3?圖6，柔性筒34由蝦殼狀排列的套筒構(gòu)成。套筒包括底套38和點(diǎn)限套39。
[0065]參見圖3?圖6，柔性筒34底部為底套38。底套38為圓臺(tái)狀，底套38外徑較大的圓周面用于固定下板2，底套38內(nèi)固定電磁鐵31，底套38上疊加套裝多個(gè)點(diǎn)限套39，底套38的側(cè)面與其上側(cè)的點(diǎn)限套39通過(guò)拉繩41連接。
[0066]參見圖3?圖6，點(diǎn)限套39由自上到下包括第一圓臺(tái)套和第二圓臺(tái)套。第一圓臺(tái)套上側(cè)外徑小于下側(cè)外徑，第二圓臺(tái)套上側(cè)外徑大于下側(cè)外徑，第一圓臺(tái)套下側(cè)的外徑與第二圓臺(tái)套上側(cè)的外徑相同，第一圓臺(tái)套底部與第二圓臺(tái)套頂部固定，點(diǎn)限套39設(shè)有軸向通孔。點(diǎn)限套39底部開設(shè)有第一圓臺(tái)孔。第一圓臺(tái)孔與點(diǎn)限套39的軸向通孔相貫通，第一圓臺(tái)孔上側(cè)的內(nèi)徑與點(diǎn)限套39的軸向通孔的內(nèi)徑相同，點(diǎn)限套39軸向截面中第一圓臺(tái)孔的側(cè)面線條與第一圓臺(tái)套的側(cè)面線條平行。
[0067]參見圖3?圖6，點(diǎn)限套39上沿軸線方向依次套裝有多個(gè)點(diǎn)限套39，下側(cè)點(diǎn)限套39的第一圓臺(tái)套的側(cè)面與上側(cè)點(diǎn)限套39的第二圓臺(tái)套的下沿之間通過(guò)拉繩41連接。拉繩41沿點(diǎn)限套39的軸線周向均勻分布多個(gè)。
[0068]參見圖2，點(diǎn)限套39內(nèi)同軸嵌入磁屏蔽環(huán)37。磁屏蔽環(huán)37由80 %的鎳合金Mumetal材料制成，磁屏蔽環(huán)37的厚度為0.0508毫米，磁屏蔽環(huán)37的軸線與柔性筒34的軸線重合，每個(gè)磁屏蔽環(huán)37之間有間隔，磁屏蔽環(huán)37之間的間隔小于磁屏蔽環(huán)37高度的1/5。在磁屏蔽環(huán)37的上端口和下端口均設(shè)有若干匝導(dǎo)線線圈，其上、下端的導(dǎo)線線圈均與發(fā)電機(jī)91并聯(lián)。
[0069]參見圖11，本發(fā)明的電路控制部分包括接觸器充電供電控制裝置、發(fā)電機(jī)91和穩(wěn)流裝置92，所述接觸器充電供電控制裝置包括第一觸點(diǎn)951、第二觸點(diǎn)952、第三觸點(diǎn)953、第四觸點(diǎn)954、第五觸點(diǎn)955、第六觸點(diǎn)956、第七觸點(diǎn)957、第八觸點(diǎn)958、第九觸點(diǎn)959、第十觸點(diǎn)950和第一蓄電池93、第二蓄電池94共同組成的蓄電池，所述穩(wěn)流裝置92用于接收蓄電池忽高忽低的電壓，并將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定電壓，從而對(duì)電磁柔性關(guān)節(jié)I的控制器供應(yīng)穩(wěn)定電壓。電磁柔性關(guān)節(jié)I的控制器根據(jù)控制信號(hào)對(duì)每個(gè)伸縮柱3上的電磁鐵31供電。
[0070]所述第一觸點(diǎn)951與第一蓄電池93的正極連接，第二觸點(diǎn)952與第一蓄電池93的負(fù)極連接，第三觸點(diǎn)953與發(fā)電機(jī)91的正極連接，第四觸點(diǎn)954與發(fā)電機(jī)91的負(fù)極連接，第五觸點(diǎn)955與第二蓄電池94的正極連接，第六觸點(diǎn)956與第二蓄電池94的負(fù)極連接，第七觸點(diǎn)957與穩(wěn)流裝置92的正極連接，第八觸點(diǎn)958與穩(wěn)流裝置92的負(fù)極連接，第九觸點(diǎn)959與第一觸點(diǎn)951串聯(lián)，第十觸點(diǎn)950與第二觸點(diǎn)952串聯(lián)。
[0071]接觸器充電供電裝置的控制方法，包括如下步驟:
[0072]A、使第一觸點(diǎn)951與第三觸點(diǎn)953接觸，第二觸點(diǎn)952與第四觸點(diǎn)954接觸，第五觸點(diǎn)955與第七觸點(diǎn)957接觸，第六觸點(diǎn)956與第八觸點(diǎn)958接觸時(shí)，發(fā)電機(jī)91對(duì)第一蓄電池93充電，第二蓄電池94對(duì)穩(wěn)流裝置92供電；
[0073]B、使第三觸點(diǎn)953與第五觸點(diǎn)955接觸，第四觸點(diǎn)954與第六觸點(diǎn)接觸956，第七觸點(diǎn)957與第九觸點(diǎn)959接觸，第八觸點(diǎn)958與第十觸點(diǎn)950接觸時(shí)，發(fā)電機(jī)91對(duì)第二蓄電池94充電，第一蓄電池93對(duì)穩(wěn)流裝置92供電；
[0074]C、重復(fù)A?B。
[0075]使用時(shí)，第一蓄電池93、第二蓄電池94的其中一個(gè)因磁屏蔽環(huán)37之間的未被屏蔽的磁感線切割導(dǎo)線線圈，從而對(duì)其供電，另一個(gè)對(duì)伸縮柱3的電磁鐵31放電，交替供電、放電即可一邊工作一邊充電，保護(hù)蓄電池壽命。
[0076]參見圖5，當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)限套39相互向相反方向拉伸時(shí)，上側(cè)的點(diǎn)限套39與下側(cè)的點(diǎn)限套39通過(guò)拉繩連接。
[0077]參見圖6，當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)限套39相互向相反方向拉繩并受徑向力時(shí)，上側(cè)的點(diǎn)限套39底部第一圓臺(tái)孔下沿上的一點(diǎn)與下側(cè)的點(diǎn)限套39或底套38上部側(cè)面上的一點(diǎn)相互支撐。相互支撐的一點(diǎn)的周向另一側(cè)通過(guò)拉繩41限位。
[0078]實(shí)施例2
[0079]本實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于，如圖2、圖7、圖8、圖9、圖10所示，參見圖2，頂桿35為柔性桿，柔性筒34內(nèi)腔中部設(shè)有限位環(huán)33。限位環(huán)33內(nèi)徑與頂桿35外徑相同，限位環(huán)33用于限位永磁鐵32并且對(duì)頂桿35起導(dǎo)向作用。
[0080]參見圖7，柔性筒34由蝦殼狀排列的套筒構(gòu)成。套筒包括底套38和面限套391。
[0081 ]參見圖8，柔性筒34底部為底套38。底套38為圓臺(tái)狀，底套38外徑較大的圓周面用于固定下板2，底套38內(nèi)固定電磁鐵31，底套38上疊加套裝多個(gè)面限套391，底套38的側(cè)面與其上側(cè)的面限套391通過(guò)拉繩41連接。
[0082]參見圖7和圖8，面限套391為圓臺(tái)狀套筒。面限套391上側(cè)外徑小于下側(cè)外徑，面限套391設(shè)有軸向通孔。面限套391底部開設(shè)有第三圓臺(tái)孔。第三圓臺(tái)孔與面限套391的軸向通孔相貫通，第三圓臺(tái)孔上側(cè)的內(nèi)徑與面限套391的軸向通孔的內(nèi)徑相同，面限套391軸向截面中第一圓臺(tái)孔的側(cè)面線條與第一圓臺(tái)套的側(cè)面線條之間有夾角。夾角為Za。
[0083]參見圖8，面限套391上沿軸線方向依次套裝有多個(gè)面限套391，下側(cè)的面限套391的圓臺(tái)側(cè)面與上側(cè)的面限套391的第三圓臺(tái)孔的下沿通過(guò)拉繩41連接。拉繩41沿面限套391的軸線周向均勻分布多個(gè)。
[0084]參見圖2和圖7，面限套391內(nèi)同軸嵌入磁屏蔽環(huán)37。磁屏蔽環(huán)37由80%的鎳合金Mumetal材料制成，磁屏蔽環(huán)37的厚度為0.0508毫米，磁屏蔽環(huán)37的軸線與柔性筒34的軸線重合，每個(gè)磁屏蔽環(huán)37之間有間隔，磁屏蔽環(huán)37之間的間隔小于磁屏蔽環(huán)37高度的1/5。
[0085]參見圖9，當(dāng)兩個(gè)面限套391相互向相反方向拉伸時(shí)，上側(cè)的面限套391與下側(cè)的面限套391通過(guò)拉繩連接。
[0086]參見圖10，當(dāng)兩個(gè)面限套391相互向相反方向拉繩并受徑向力時(shí)，上側(cè)的面限套391底部第一圓臺(tái)孔下沿上的一點(diǎn)與下側(cè)的面限套391或底套38上部側(cè)面上的一點(diǎn)相互支撐。相互支撐的一點(diǎn)的周向另一側(cè)通過(guò)拉繩41限位。
[0087]—種電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手的抓取方法和喂食方法，包括如下步驟:
[0088]A、記錄人體手部每個(gè)關(guān)節(jié)的最大彎曲幅度、力度和抓取姿態(tài)。
[0089]B、將多個(gè)電磁柔性關(guān)節(jié)I串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成仿真關(guān)節(jié)，下側(cè)電磁柔性關(guān)節(jié)I的上板4與上側(cè)電磁柔性關(guān)節(jié)I的下板2固定連接，并且參考人手相同位置處關(guān)節(jié)的最大幅度，調(diào)整電磁柔性關(guān)節(jié)I的個(gè)數(shù)。
[0090]C、將機(jī)械手掌、機(jī)械手指、機(jī)械手臂用仿真關(guān)節(jié)連接。
[0091]D、記錄人手喂食病人時(shí)，所有關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，并利用PLC控制電磁柔性關(guān)節(jié)I構(gòu)成的仿真關(guān)節(jié)，按照人手的關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)時(shí)間喂食病人。
[0092]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手的喂食病人方法，其特征在于:包括機(jī)械手掌、機(jī)械手指、機(jī)械手臂和電磁柔性關(guān)節(jié)(I)，所述手臂的一端與機(jī)架固定，手臂的另一端通過(guò)電磁柔性關(guān)節(jié)(I)與手掌連接，手掌通過(guò)電磁柔性關(guān)節(jié)(I)與手指連接，手指的每個(gè)關(guān)節(jié)都為電磁柔性關(guān)節(jié)⑴； 所述電磁柔性關(guān)節(jié)(I)包括下板(2)、伸縮柱(3)和上板(4)，下板(2)通過(guò)三根伸縮柱(3)與上板(4)連接，三根伸縮柱(3)的軸線均與上板(4)、下板(2)周向的0°、120°、240°位置固定； 所述伸縮柱(3)包括電磁鐵(31)、永磁鐵(32)、限位環(huán)(33)、柔性筒(34)和頂桿(35)，所述柔性筒(34)底部與下板(2)固定，柔性筒(34)內(nèi)腔自下到上依次設(shè)有電磁鐵(31)、永磁鐵(32)和頂桿(35)，所述電磁鐵(31)固定在柔性筒(34)底部，所述永磁鐵(32)以柔性筒(34)內(nèi)腔為導(dǎo)軌，永磁鐵(32)頂部與頂桿(35)底部固定，頂桿(35)頂部與上板(4)連接； 頂桿(35)為丁晴橡膠制成； 限位環(huán)(33)自柔性筒(34)內(nèi)腔的中部向頂部沿柔性筒(34)軸線陣列多個(gè)，限位環(huán)(33)厚度與限位環(huán)(33)之間的間隔相等； 所述柔性筒(34)內(nèi)腔呈圓臺(tái)狀，柔性筒(34)內(nèi)腔的上內(nèi)徑小于下內(nèi)徑，永磁鐵(32)為圓柱狀，永磁鐵(32)的外徑小于柔性筒(34)內(nèi)腔的下內(nèi)徑，永磁鐵(32)的外徑大于柔性筒(34)內(nèi)腔中部的內(nèi)徑； 所述頂桿(35)頂部與上板(4)通過(guò)彈簧(36)連接； 所述頂桿(35)為柔性桿，柔性筒(34)內(nèi)腔中部設(shè)有限位環(huán)(33)，所述限位環(huán)(33)內(nèi)徑與頂桿(35)外徑相同，限位環(huán)(33)用于限位永磁鐵(32)并且對(duì)頂桿(35)起導(dǎo)向作用； 所述柔性筒(34)內(nèi)竹節(jié)狀嵌入多個(gè)磁屏蔽環(huán)(37)，所述磁屏蔽環(huán)(37)由80%的鎳合金Mumetal材料制成，磁屏蔽環(huán)(37)的厚度為0.0508毫米，磁屏蔽環(huán)(37)的軸線與柔性筒(34)的軸線重合，每個(gè)磁屏蔽環(huán)(37)之間有間隔，磁屏蔽環(huán)(37)之間的間隔小于磁屏蔽環(huán)(37)高度的1/5，磁屏蔽環(huán)37的上端口和下端口均設(shè)有若干Bi導(dǎo)線線圈， 還包括接觸器充電供電控制裝置、發(fā)電機(jī)(91)和穩(wěn)流裝置(92)，所述接觸器充電供電控制裝置包括第一觸點(diǎn)(951)、第二觸點(diǎn)(952)、第三觸點(diǎn)(953)、第四觸點(diǎn)(954)、第五觸點(diǎn)(955)、第六觸點(diǎn)(956)、第七觸點(diǎn)(957)、第八觸點(diǎn)(958)、第九觸點(diǎn)(959)、第十觸點(diǎn)(950)和第一蓄電池(93)、第二蓄電池(94)共同組成的蓄電池，所述穩(wěn)流裝置(92)用于接收蓄電池忽高忽低的電壓，并將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定電壓，從而對(duì)電磁柔性關(guān)節(jié)(I)的控制器供應(yīng)穩(wěn)定電壓，電磁柔性關(guān)節(jié)(I)的控制器根據(jù)控制信號(hào)對(duì)每個(gè)伸縮柱(3)上的電磁鐵(31)供電，磁屏蔽環(huán)(37)其上、下端的導(dǎo)線線圈均與發(fā)電機(jī)(91)并聯(lián)； 所述第一觸點(diǎn)(951)與第一蓄電池(93)的正極連接，第二觸點(diǎn)(952)與第一蓄電池(93)的負(fù)極連接，第三觸點(diǎn)(953)與發(fā)電機(jī)(91)的正極連接，第四觸點(diǎn)(954)與發(fā)電機(jī)(91)的負(fù)極連接，第五觸點(diǎn)(955)與第二蓄電池(94)的正極連接，第六觸點(diǎn)(956)與第二蓄電池(94)的負(fù)極連接，第七觸點(diǎn)(957)與穩(wěn)流裝置(92)的正極連接，第八觸點(diǎn)(958)與穩(wěn)流裝置(92)的負(fù)極連接，第九觸點(diǎn)(959)與第一觸點(diǎn)(951)串聯(lián)，第十觸點(diǎn)(950)與第二觸點(diǎn)(952)串聯(lián)；所述柔性筒(34)由蝦殼狀排列的套筒構(gòu)成，所述套筒包括底套(38)和面限套(391);所述柔性筒(34)底部為底套(38)，所述底套(38)為圓臺(tái)狀，底套(38)外徑較大的圓周面用于固定下板(2)，底套(38)內(nèi)固定電磁鐵(31)，底套(38)上疊加套裝多個(gè)面限套(391)，底套(38)的側(cè)面與其上側(cè)的面限套(391)通過(guò)拉繩(4)連接； 所述面限套(391)為圓臺(tái)狀套筒，所述面限套(391)上側(cè)外徑小于下側(cè)外徑，面限套(391)設(shè)有軸向通孔，所述面限套(391)底部開設(shè)有第三圓臺(tái)孔，所述第三圓臺(tái)孔與面限套(391)的軸向通孔相貫通，第三圓臺(tái)孔上側(cè)的內(nèi)徑與面限套(391)的軸向通孔的內(nèi)徑相同，面限套(391)軸向截面中第一圓臺(tái)孔的側(cè)面線條與第一圓臺(tái)套的側(cè)面線條之間有夾角，所述夾角為Za; 所述面限套(391)上沿軸線方向依次套裝有多個(gè)面限套(391)，下側(cè)的面限套(391)的圓臺(tái)側(cè)面與上側(cè)的面限套(391)的第三圓臺(tái)孔的下沿通過(guò)拉繩(4)連接，所述拉繩(4)沿面限套(391)的軸線周向均勻分布多個(gè)； 當(dāng)兩個(gè)面限套(391)相互向相反方向拉伸時(shí)，上側(cè)的面限套(391)與下側(cè)的面限套(391)通過(guò)拉繩連接； 當(dāng)兩個(gè)面限套(391)相互向相反方向拉繩并受徑向力時(shí)，上側(cè)的面限套(391)底部第一圓臺(tái)孔下沿上的一點(diǎn)與下側(cè)的面限套(391)或底套(38)上部側(cè)面上的一點(diǎn)相互支撐，所述相互支撐的一點(diǎn)的周向另一側(cè)通過(guò)拉繩(4)限位； 面限套(391)內(nèi)同軸嵌入磁屏蔽環(huán)(37)，磁屏蔽環(huán)(37)由80%的鎳合金Mumetal材料制成，磁屏蔽環(huán)(37)的厚度為0.0508毫米，磁屏蔽環(huán)(37)的軸線與柔性筒(34)的軸線重合，每個(gè)磁屏蔽環(huán)(37)之間有間隔，磁屏蔽環(huán)(37)之間的間隔小于磁屏蔽環(huán)(37)高度的1/5; 其包括如下步驟: A、記錄人體手部每個(gè)關(guān)節(jié)的最大彎曲幅度、力度和抓取姿態(tài)， B、將多個(gè)電磁柔性關(guān)節(jié)(I)串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成仿真關(guān)節(jié)，下側(cè)電磁柔性關(guān)節(jié)(I)的上板(4)與上側(cè)電磁柔性關(guān)節(jié)(I)的下板(2)固定連接，并且參考人手相同位置處關(guān)節(jié)的最大幅度，調(diào)整電磁柔性關(guān)節(jié)(I)的個(gè)數(shù)， C、將機(jī)械手掌、機(jī)械手指、機(jī)械手臂用仿真關(guān)節(jié)連接， D、記錄人手喂食病人時(shí)，所有關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，并利用PLC控制電磁柔性關(guān)節(jié)(I)構(gòu)成的仿真關(guān)節(jié)，按照人手的關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)時(shí)間喂食病人。
【文檔編號(hào)】B25J19/00GK105856224SQ201610476390
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月2日
【發(fā)明人】李秀榮
【申請(qǐng)人】李秀榮